220kV垂直雙分裂導(dǎo)線粘連機(jī)理仿真

張 飚 何小新 喻劍輝 胡 蓉 楊 丹 周文俊

（1.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院 武漢 430072 2.武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院 武漢 430072）

1 引言

垂直排列雙分裂導(dǎo)線粘連是指由于外界因素引起子導(dǎo)線間的距離變小，在輸送大電流時(shí)如果受到大風(fēng)、覆冰或者高溫氣候影響，分裂子導(dǎo)線局部會(huì)在瞬時(shí)十分接近，導(dǎo)致子導(dǎo)線之間的電磁吸引力加大，當(dāng)吸引力大到某一程度時(shí)便會(huì)引起子導(dǎo)線局部粘連，而局部粘連又使緊靠粘連點(diǎn)的子導(dǎo)線之間的距離進(jìn)一步縮小，相互間的電磁力加大，導(dǎo)致粘連不斷延伸，直至導(dǎo)線懸掛處。分裂導(dǎo)線粘連后，電暈起始電壓降低，線路局部對(duì)地電容減小、感抗增大，導(dǎo)致輸電線路線損增加，輸送能力降低。同時(shí)子導(dǎo)線粘連過程中的鞭擊也容易導(dǎo)致導(dǎo)線磨損，甚至引起斷股、斷線事故，危害輸電線路的安全運(yùn)行。由于垂直排列雙分裂導(dǎo)線輸電線路具有不需間隔棒等優(yōu)點(diǎn)，在無(wú)覆冰地區(qū)220kV 輸電線路上得到廣泛應(yīng)用，但是近年來隨著電力負(fù)荷的增長(zhǎng)、氣候條件的變化，垂直排列雙分裂導(dǎo)線粘連故障時(shí)有發(fā)生，廣東、浙江、云南、江西、福建、江蘇等省市相繼報(bào)道了所在地區(qū)220kV 垂直雙分裂輸電線路出現(xiàn)的子導(dǎo)線粘連現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了電力生產(chǎn)安全。因此，開展對(duì)220kV 垂直排列雙分裂導(dǎo)線粘連機(jī)理的研究具有實(shí)際意義。

針對(duì)垂直雙分裂導(dǎo)線粘連現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)電力生產(chǎn)部門、科研機(jī)構(gòu)和高等院校先后展開了研究，對(duì)于導(dǎo)線粘連的形成及影響因素有了一定的認(rèn)識(shí)。廣東省東莞、佛山供電局的研究表明大風(fēng)、子導(dǎo)線材質(zhì)、溫差差異、負(fù)荷電流和分裂導(dǎo)線間間距等是子導(dǎo)線發(fā)生粘連故障的影響因素[1,2]。武漢大學(xué)和華南理工大學(xué)研究人員分別利用數(shù)學(xué)模型分析了多種因素對(duì)子導(dǎo)線伸長(zhǎng)和最小間距的影響，計(jì)算了不同條件下子導(dǎo)線粘連的臨界電流值[3,4]。福建省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院和福州電業(yè)局分析了子導(dǎo)線粘連產(chǎn)生的原因和對(duì)電網(wǎng)的影響，提出處理或預(yù)防子導(dǎo)線粘連的措施[5-7]。浙江省電力設(shè)計(jì)院提出了導(dǎo)線粘連的穩(wěn)定區(qū)與不穩(wěn)定區(qū)的概念，考慮了靜電排斥力以及懸垂線夾對(duì)粘連的影響[8,9]。云南[10]、寧夏[11]、江蘇[12]、江西[13]和廣東[14,15]等地的電力生技部門也針對(duì)具體線路的粘連原因進(jìn)行了分析和研究。

由于垂直雙分裂導(dǎo)線粘連現(xiàn)象是一個(gè)涵括電磁學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)的復(fù)雜問題，有關(guān)這一現(xiàn)象的機(jī)理研究并不成熟，已有的研究多為定性分析，也未開展實(shí)驗(yàn)研究。國(guó)外對(duì)于載流導(dǎo)體之間的相互吸引力和排斥力計(jì)算的基本原則已經(jīng)形成[16,17]，但目前尚未見到針對(duì)雙分裂導(dǎo)線粘連現(xiàn)象的試驗(yàn)研究成果，因此有必要對(duì)以上研究工作的不足進(jìn)行補(bǔ)充和深入。

本文以220kV 垂直雙分裂輸電線路的耐張段為研究對(duì)象，基于懸鏈線方程和應(yīng)力狀態(tài)方程對(duì)分裂導(dǎo)線建立粘連數(shù)學(xué)模型，利用云南省 220kV粘連線路的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，結(jié)合在戶外大型試驗(yàn)場(chǎng)的試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行校驗(yàn)與修正，應(yīng)用Matlab 開發(fā)220kV 垂直雙分裂導(dǎo)線粘連故障仿真軟件，分析導(dǎo)致粘連的各項(xiàng)因素，獲得不同檔距、高差、弧垂、子導(dǎo)線間距以及外力作用下的導(dǎo)線粘連的臨界電流。為線路設(shè)計(jì)和故障線路的改造提供技術(shù)支持，保障電力生產(chǎn)的安全運(yùn)行。

2 垂直雙分裂導(dǎo)線粘連的數(shù)學(xué)模型

雙分裂導(dǎo)線粘連標(biāo)志為上、下子導(dǎo)線十分接近甚至相碰。兩者之間的距離可用兩導(dǎo)線的弧垂差來表示，它取決于檔距內(nèi)上、下子導(dǎo)線的懸垂函數(shù)和應(yīng)力狀態(tài)方程。本文以220kV 垂直排列雙分裂輸電線路的耐張段作為仿真研究的對(duì)象，根據(jù)耐張段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，細(xì)分為連續(xù)檔和孤立檔兩種類型，分別建立數(shù)學(xué)模型反映子導(dǎo)線間的實(shí)際間距與相關(guān)要素的關(guān)系，獲得不同條件下子導(dǎo)線粘連的臨界電流值。

2.1 連續(xù)檔垂直雙分裂導(dǎo)線

對(duì)耐張段間懸掛懸垂絕緣子串的直線桿塔的連續(xù)檔中，由于兩塔間距較大，導(dǎo)線剛性對(duì)導(dǎo)線懸垂?fàn)顟B(tài)影響相對(duì)變小，可將導(dǎo)線假定為一柔索，其上作用的荷載均指向下方且沿導(dǎo)線長(zhǎng)度均勻分布，如圖1 所示，由此導(dǎo)出架空線懸垂函數(shù)為懸鏈線型，它的近似式為斜拋物線公式，即假定導(dǎo)線比載γ沿兩懸掛點(diǎn)的連線均勻分布。記兩懸掛點(diǎn)間的高差為h，垂直于比載作用方向的投影距離為檔距l(xiāng)，兩懸掛點(diǎn)連線與X軸間的夾角為高差角β，導(dǎo)線軸線應(yīng)力的水平分量為σ0，則坐標(biāo)原點(diǎn)位于左側(cè)懸掛點(diǎn)處的斜拋物線方程為[18]

圖1 架空電線近似為斜拋物線的受力圖Fig.1 Force diagram of overhead transmission line(tilt parabola)

不同氣象條件下的導(dǎo)線應(yīng)力變化可通過應(yīng)力狀態(tài)方程計(jì)算，即已知某一氣象條件下的導(dǎo)線應(yīng)力、比載、氣溫及待求氣象條件下的比載、氣溫時(shí)，利用導(dǎo)線的彈性伸長(zhǎng)及溫度伸長(zhǎng)在兩種氣象狀態(tài)下原始線長(zhǎng)不變的原則，求得待求氣象條件下的導(dǎo)線應(yīng)力?？紤]到同一耐張段內(nèi)各連續(xù)檔的導(dǎo)線水平應(yīng)力是按照同一值架設(shè)的，當(dāng)氣象條件變化時(shí)，由于各檔的檔距及高差不一定相同，各檔應(yīng)力變化就不完全相同，從而使直線桿塔上出現(xiàn)不平衡張力差，使懸垂絕緣子串產(chǎn)生偏斜，偏斜結(jié)果又使各檔應(yīng)力趨于基本相同，該應(yīng)力為耐張段內(nèi)的代表應(yīng)力。基于以上考慮得到檔距中央斜拋物線近似應(yīng)力狀態(tài)方程式為[19]

式中，下標(biāo)m，n分別表示已知狀態(tài)和待求狀態(tài)下的參數(shù)；σc、t分別表示檔距中央的導(dǎo)線應(yīng)力和環(huán)境溫度；E、?表示導(dǎo)線的彈性系數(shù)和溫度伸長(zhǎng)系數(shù)；lr、βr分別為耐張段內(nèi)的代表檔距和代表高差角；

li和βi分別為耐張段內(nèi)各檔的檔距和高差角（i=1，…，n）。

連續(xù)不等高檔的檔距中央最大弧垂為

式中，l和β分別為該計(jì)算檔的檔距和高差角。

2.2 孤立檔垂直雙分裂導(dǎo)線

大跨越、大高差檔多采用孤立檔，即檔距兩端為耐張型桿塔，導(dǎo)線兩端用耐張線夾通過耐張絕緣子串懸掛在桿塔上，該檔導(dǎo)線弧垂、應(yīng)力不受鄰檔的影響。由于耐張絕緣子串的單位荷載遠(yuǎn)大于導(dǎo)線的單位荷載，會(huì)對(duì)導(dǎo)線的應(yīng)力、弧垂、線長(zhǎng)計(jì)算產(chǎn)生影響，對(duì)孤立檔的計(jì)算，做如下假設(shè)[20]：

（1）導(dǎo)線和耐張絕緣子串為理想柔索。

（2）導(dǎo)線兩側(cè)耐張絕緣子串相同，實(shí)際長(zhǎng)度為λ，其水平投影長(zhǎng)度為λ0=λcosβ。荷載G均勻分布。

（3）導(dǎo)線單位長(zhǎng)度上的比載γ沿兩懸掛點(diǎn)連線均勻分布，并假定導(dǎo)線所占檔距l(xiāng)1=l-2λ0保持不變。

當(dāng)孤立檔兩端具有等長(zhǎng)等荷載耐張絕緣子串，由于兩端的耐張絕緣子串水平投影長(zhǎng)度相差很小，且保持各自的荷載不變，檔距中央弧垂為

式中，γs為絕緣子串比載，γs=G/(λA)；A為導(dǎo)線截面積。

當(dāng)僅一段有耐張絕緣子串，檔距內(nèi)的最大弧垂處的xm及fm為

當(dāng)兩種狀態(tài)均為無(wú)風(fēng)或低風(fēng)速的氣象條件時(shí)，不考慮施工過牽引及桿塔撓度的因素，按斜拋物線方程求得導(dǎo)線的應(yīng)力狀態(tài)方程式為[21]

式中，下標(biāo)m、n分別表示已知狀態(tài)和待求狀態(tài)下的參數(shù)；K為線長(zhǎng)參數(shù)，當(dāng)兩端具有等長(zhǎng)等荷載耐張絕緣子串時(shí)：

僅一段有耐張絕緣子串時(shí)

式中，γβ為導(dǎo)線水平投影比載，γβ=γ/cosβ；W1為導(dǎo)線單位截面上的荷載，W1=γl1/cosβ。

2.3 電磁力比載

在弧垂與檔距比較小的情況下，將上、下兩子導(dǎo)線近似為兩根完全平行的直導(dǎo)線。則在垂直排列的雙分裂導(dǎo)線中分別通過同向電流I1和I2時(shí)，子導(dǎo)線單位長(zhǎng)度、單位截面上所受的電磁力比載γd為[22]

式中，d為子導(dǎo)線之間的距離。

仿真計(jì)算中假設(shè)電磁力沿豎直方向并沿導(dǎo)線均勻分布。則上、下子導(dǎo)線電磁力比載大小相等，方向相反，與導(dǎo)線自重比載γg疊加后可分別求出上、下子導(dǎo)線總比載。

2.4 覆冰比載

輸電導(dǎo)線覆冰后，在豎直方向比載增大，覆冰比載為

式中，b為覆冰厚度；D為導(dǎo)線外徑。

3 仿真計(jì)算過程

3.1 計(jì)算流程和粘連判斷標(biāo)準(zhǔn)

臨界粘連電流采用迭代法求解，其計(jì)算流程為：

（1）選定初始狀態(tài)的比載（不包括電磁力比載）和水平應(yīng)力作為迭代初始點(diǎn)。初始點(diǎn)在迭代過程中始終保持不變。

（2）當(dāng)導(dǎo)線中通過一定大小的電流增加時(shí)，電磁力比載增加，通過應(yīng)力狀態(tài)方程式求出新狀態(tài)下檔距中央導(dǎo)線應(yīng)力值，再根據(jù)新狀態(tài)下比載及應(yīng)力值，利用懸鏈線方程，分別計(jì)算兩子導(dǎo)線弧垂和最低點(diǎn)間距，隨著子導(dǎo)線間距的變化，上、下子導(dǎo)線的電磁力比載將發(fā)生變化。重新計(jì)算兩子導(dǎo)線弧垂及間距值，在新的間距值下求解電磁力比載及相應(yīng)的導(dǎo)線應(yīng)力，直至兩子導(dǎo)線間距值d收斂。

式中，d0為子導(dǎo)線間距初始值；fmup和fmdown分別為上、下子導(dǎo)線檔中弧垂。

流程（2）判斷收斂后的子導(dǎo)線間距值，若大于單導(dǎo)線直徑，則導(dǎo)線未粘連，增加電流，轉(zhuǎn)入流程（2）循環(huán)計(jì)算；否則導(dǎo)線粘連，計(jì)算結(jié)束。

3.2 電磁力比載修正系數(shù)

3.2.1 分量的影響修正系數(shù)Kup、Kdown

由于上、下兩子導(dǎo)線之間電磁力比載的實(shí)際方向垂直于導(dǎo)線的切線方向，其水平分量的存在將改變導(dǎo)線應(yīng)力的水平方向分量，導(dǎo)致上子導(dǎo)線弧垂增大，而下子導(dǎo)線弧垂減小，加速雙分裂子導(dǎo)線之間的粘連。因此在原計(jì)算模型的基礎(chǔ)上引入電磁力比載水平分量影響系數(shù)Kup、Kdown分別對(duì)上、下子導(dǎo)線弧垂計(jì)算，式（3）、式（4）和式（6）進(jìn)行修正，如式（6）修正式如下：

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在電流為 1 000A 時(shí)，Kup=1.012 5，Kdown=0.987 5，則

利用系數(shù)Kup、Kdown可分別對(duì)上、下子導(dǎo)線弧垂計(jì)算值進(jìn)行修正以考慮電磁力比載的水平分量對(duì)水平應(yīng)力的影響，該系數(shù)是基于LGJ—300/40×2導(dǎo)線真型試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，導(dǎo)線規(guī)格不同時(shí)，電磁力比載水平分量對(duì)水平應(yīng)力的影響大小不同，Kup、Kdown的取值應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)決定。

3.2.2 動(dòng)載系數(shù)K2

從臨界粘連電流求解流程來看，每次迭代的初始點(diǎn)不變，由電磁力比載的改變，求解新的平衡狀態(tài)下的應(yīng)力及弧垂。這一靜態(tài)計(jì)算的過程，并未考慮導(dǎo)線在粘連過程中具有一定的慣性及動(dòng)量。實(shí)際情況下的導(dǎo)線粘連從靜止?fàn)顟B(tài)到相向運(yùn)動(dòng)，以及相向運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，因此，靜態(tài)計(jì)算將造成臨界粘連電流值偏大。在模型中引入動(dòng)載系數(shù)對(duì)電磁力比載進(jìn)行修正，基于 LGJ—300/40×2 導(dǎo)線真型試驗(yàn)數(shù)據(jù)取K2=1.1，則

4 模型驗(yàn)證與仿真計(jì)算結(jié)果

4.1 真型試驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建

為了驗(yàn)證與修正粘連數(shù)學(xué)模型，在國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院（武漢）戶外試驗(yàn)場(chǎng)搭建了雙分裂導(dǎo)線粘連真型試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了多種工況下導(dǎo)線粘連試驗(yàn)。

考慮到220kV 輸電線路的電力負(fù)荷大，很難直接在電網(wǎng)上進(jìn)行試驗(yàn)，必須考慮等效的試驗(yàn)方法。在戶外大型試驗(yàn)場(chǎng)搭建與實(shí)際輸電線路一致的雙分裂輸電線路試驗(yàn)段，通過串聯(lián)電容器全補(bǔ)償使試驗(yàn)線路基本呈電阻性，利用0～1 500A 連續(xù)可調(diào)的電源向垂直雙分裂導(dǎo)線供電，在低電壓下進(jìn)行大電流的導(dǎo)線粘連試驗(yàn)，再現(xiàn)垂直雙分裂輸電線路粘連過程，測(cè)量臨界粘連電流，分析導(dǎo)線弧垂、子導(dǎo)線間距、高差、導(dǎo)線振動(dòng)等因素對(duì)導(dǎo)線粘連的影響。

試驗(yàn)用耐張段的兩門型塔塔距為230m，兩端懸掛點(diǎn)高差 0～60m 可調(diào)，雙分裂導(dǎo)線的型號(hào)為L(zhǎng)GJ—300/40，線路弧垂、高差、子導(dǎo)線間距等參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)方案的安排進(jìn)行調(diào)整。試驗(yàn)所用主要設(shè)備包括：250kVA（380V/0～380V）移卷式調(diào)壓器、CXB—17.5 升流器多臺(tái)、BKMJ 0.88—117—1 和BZMJ0.45—30—1 補(bǔ)償電容器多臺(tái)、電流互感器、T24—A.V 電磁式電流表、YE3817 拉壓力傳感器、DSZ2 水平儀、YJV22—8.7/15 1×50 電力電纜、RCCR3ILRSCL2 紅外測(cè)溫儀、FFJQ—405 間隔棒多個(gè)、鉗形電流表、示波器等。試驗(yàn)持續(xù)近1 個(gè)月，部分試驗(yàn)結(jié)果見表1。

4.2 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證

在同樣條件下利用垂直雙分裂導(dǎo)線粘連的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1 不同工況下的真型試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果比對(duì)Tab.1 Comparison of the prototype model test and calculation of different working condition

由表1 可見，各個(gè)工況下臨界粘連電流計(jì)算值與試驗(yàn)值誤差不超過15%。誤差產(chǎn)生的原因有模型和試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差兩方面：懸鏈線模型將導(dǎo)線假定為一根處處鉸接的柔軟鏈條，而實(shí)際上鋼芯鋁絞線的剛性在粘連過程中起到了一定的作用，上述假定在一定程度上影響計(jì)算結(jié)果的精確性；試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)受環(huán)境和條件的影響，如測(cè)導(dǎo)線溫度的水銀溫度計(jì)和紅外測(cè)溫讀數(shù)不一致，回路總電流與子導(dǎo)線電流之和不一致等，甚至在同一天進(jìn)行的兩組試驗(yàn)，上午和中午進(jìn)行初始弧垂測(cè)量時(shí)的環(huán)境溫度差別較大，加之中午時(shí)導(dǎo)線通流后發(fā)熱，導(dǎo)致導(dǎo)線溫度高于環(huán)境溫度，而導(dǎo)線溫度對(duì)弧垂有明顯的影響，這些都影響了觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.3 計(jì)算結(jié)果與討論

以雙分裂導(dǎo)線LGJ—300/40×2 為例，對(duì)臨界粘連電流與相關(guān)因素的定量關(guān)系進(jìn)行仿真計(jì)算。

子導(dǎo)線間距與臨界粘連電流的關(guān)系曲線如圖2所示。從圖2 可見，在連續(xù)檔內(nèi)，無(wú)風(fēng)或微風(fēng)，高差為0，檔距依次為100m、200m、300m 時(shí)，隨著子導(dǎo)線間距增大，臨界粘連電流隨之增大，隨著檔距的增大，臨界粘連電流減小。

導(dǎo)線在不同檔距下臨界粘連電流計(jì)算結(jié)果如圖3 所示，隨著檔距增大后，臨界粘連電流逐漸減小。在檔距較小時(shí)，臨界粘連電流隨檔距增大而減小的幅度更大。

圖2 子導(dǎo)線間距與臨界粘連電流關(guān)系曲線Fig.2 Bundle spacing critical adhesion current relation curve

圖3 輸電線路檔距與臨界粘連電流關(guān)系曲線Fig.3 Transmission line span critical adhesion current relation curve

臨界粘連電流與高差的關(guān)系曲線如圖4 所示。從圖4 可見，在檔距為250m 連續(xù)檔內(nèi)，子導(dǎo)線間距分別為0.4m、0.3m 時(shí)，臨界粘連電流與高差的變化關(guān)系曲線近似平行。隨著高差從0 增大至125m，臨界粘連電流減小的程度不足150A。而子導(dǎo)線間距從0.4m 減小至0.3m，臨界粘連電流減小約300A。由此可知子導(dǎo)線間距較高差對(duì)臨界粘連電流的影響更大。

圖4 導(dǎo)線的高差與臨界粘連電流關(guān)系曲線Fig.4 Altitude difference critical adhesion current relation curve

臨界粘連電流與環(huán)境溫度關(guān)系曲線如圖 5 所示。從圖5 可見，檔距為250m 連續(xù)檔，子導(dǎo)線間距為0.4m，高差分別為0m、50m 和100m 時(shí)，隨著環(huán)境溫度升高，臨界粘連電流逐漸減小，但是減小的幅度并不大。環(huán)境溫度從-10℃上升至40℃，臨界粘連電流減小幅度不超過100A。在高差較大時(shí)，臨界粘連電流隨環(huán)境溫度變化的更大。

圖5 不同環(huán)境溫度下的臨界粘連電流Fig.5 Ambient temperature critical adhesion current relation curve

在不同程度的覆冰情況下臨界粘連電流與子導(dǎo)線間距關(guān)系計(jì)算結(jié)果如圖6 所示。從圖6 可見，覆冰后臨界粘連電流有所減小，但是減小的幅度不大。隨著子導(dǎo)線間距的增大、覆冰厚度加大時(shí)，臨界粘連電流在減小。

圖6 覆冰后臨界粘連電流與子導(dǎo)線間距關(guān)系曲線Fig.6 Icing bundle spacing critical adhesion current relation curve

利用另一種導(dǎo)線LGJ—500/45×2 進(jìn)行的計(jì)算表明，在其他條件完全相同時(shí)，LGJ—500/45×2 導(dǎo)線的臨界粘連電流較LGJ—300/40×2 導(dǎo)線略大，而且隨著檔距、子導(dǎo)線間距的減小，兩種型號(hào)導(dǎo)線的臨界粘連電流趨于接近。

仿真分析表明，盡管影響分裂導(dǎo)線粘連的因素很多，但歸根結(jié)底是作用于子導(dǎo)線上的附加載荷。電流、子導(dǎo)線間距以及覆冰決定導(dǎo)線比載的大小。環(huán)境溫度、電流、散熱條件影響導(dǎo)線溫度的高低，而導(dǎo)線溫度變化則改變弧垂。檔距、高差、設(shè)計(jì)弧垂以及弧垂施工誤差則反映在導(dǎo)線張力與比載的變化上。

5 應(yīng)用實(shí)例

云南省電網(wǎng)公司普洱供電局220kV 墨戈II 回線N231—N232 檔運(yùn)行中發(fā)生粘連，停電后粘連故障仍然不能排除，需要進(jìn)行改造，決定根據(jù)仿真計(jì)算的結(jié)果形成線路改造的技術(shù)方案。

該檔兩端為直線塔，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ—500/45×2，檔距1030m，高差168.8m，設(shè)計(jì)弧垂72.6m，粘連相為C 相，塔頭絕緣子型號(hào)U70BP，粘連時(shí)的負(fù)荷約140MW。對(duì)故障線路進(jìn)行初步分析確定在人工排除故障后，再加裝間隔棒以防止其再次粘連，同時(shí)起到抑制檔內(nèi)導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)的作用。通過加裝阻尼間隔棒來同時(shí)抑制檔內(nèi)導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)和防止粘連故障的再次發(fā)生是一種有效的方法，但如何用最少的間隔棒達(dá)到抑制檔內(nèi)導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)和防止粘連故障是技術(shù)改造方案的關(guān)鍵。

對(duì)云南省普洱供電局220kV 垂直雙分裂輸電線路采用的導(dǎo)線LGJ—500/45×2 進(jìn)行加裝間隔棒的計(jì)算，按最大次檔距計(jì)算，該導(dǎo)線最大運(yùn)行電流為1 500A，熱溫極限電流為1 830A，計(jì)算過程基于以下幾點(diǎn)假設(shè)：

（1）加裝間隔棒后，間隔棒安裝處上下子導(dǎo)線間距值固定。

（2）按照最惡劣的情況進(jìn)行計(jì)算，即加裝間隔棒后次檔距內(nèi)的子導(dǎo)線最小間距值等于安裝前子導(dǎo)線最小間距值。

（3）線路實(shí)際運(yùn)行電流不應(yīng)大于線路最大允許運(yùn)行電流。

基于以上假設(shè)，計(jì)算各種工況下滿足臨界粘連電流小于線路最大運(yùn)行電流的最大次檔距，即臨界次檔距。計(jì)算結(jié)果見表2。由表2 數(shù)據(jù)可以得出在子導(dǎo)線間距分別為0.1m、0.2m、0.3m 和0.4m 時(shí)，臨界次檔距依次取90m、180m、260m、340m。

表2 LGJ—500/45×2 導(dǎo)線最大次檔距計(jì)算Tab.2 Transmission line LGJ—500/45×2 subspan maximum calculation

運(yùn)行單位應(yīng)在人工排除故障后，根據(jù)子導(dǎo)線間距實(shí)測(cè)值，對(duì)應(yīng)表3 選擇合適的布置方式，加裝間隔棒以防止其再次粘連。若人工排除故障后子導(dǎo)線間距小于0.1m，此時(shí)子導(dǎo)線間距已經(jīng)嚴(yán)重不滿足設(shè)計(jì)要求。建議運(yùn)行單位采用分別調(diào)整上、下子導(dǎo)線弧垂的方式，將子導(dǎo)線間距調(diào)整到設(shè)計(jì)值0.4m。

以方案3 為例，墨戈II 回線N231—N232 檔間隔棒的布置如圖7 所示。

表3 三種技術(shù)改造方案比較Tab.3 Comparison of 3 disposing methods

圖7 墨戈II 回線N231-N232 檔間隔棒安裝位置示意圖Fig.7 Mo-Ge transmission line II N231-N232 spacers setup

6 結(jié)論

（1）本文進(jìn)行的試驗(yàn)和仿真對(duì)現(xiàn)有研究的不足進(jìn)行了的深入補(bǔ)充。

（2）本文以試驗(yàn)觀測(cè)、理論分析和計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合，分析垂直雙分裂導(dǎo)線粘連機(jī)理，建立了雙分裂導(dǎo)線粘連數(shù)學(xué)模型，并基于試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模型修正，開發(fā)出220kV 垂直雙分裂導(dǎo)線粘連故障模擬分析軟件。

（3）粘連故障線路技術(shù)改造應(yīng)用實(shí)踐表明，根據(jù)仿真結(jié)果提出的改造方案具有很好效果，得到運(yùn)行部門的好評(píng)，也驗(yàn)證了本文建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法的有效性。

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